JP2003065061A - 内燃機関を駆動する方法及び内燃機関 - Google Patents

内燃機関を駆動する方法及び内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】エンジンと排気ガスタービン間の流通ダクトの
寸法がその時利用できる排気ガス流の大きさに容易に適
合させる。 【解決手段】排気ガス駆動スーパーチャージャー（８）
を持ちかつシリンダー当たり少なくとも二つの排気ガス
弁（２，３）を持つ内燃機関において、各シリンダーの
第一排気ガス弁（２）は第一排気マニホールド（４）に
連結され、一方各シリンダーの第二排気ガス弁（３）は
第二排気マニホールド（５）に連結されている。二つの
排気マニホールド（４，５）は少なくとも一つのターボ
コンプレッサーの少なくとも一つの排気ガスタービンに
至り、第一排気ガス弁（２）は全回転数で開かれるよう
に配置され、一方第二排気ガス弁（３）はより高い回転
数でのみ開かれるように配置されている。第一排気マニ
ホールド（４）は第二排気マニホールド（５）より小さ
い流れ面積を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野 この発明は第一に特許請求項１の前提文に記載の内燃機
関を駆動する方法に関し、第二に特許請求項５の前提文
に記載の内燃機関に関する。
【０００２】従来技術 排気ガス駆動ターボコンプレッサーを持つターボエンジ
ンにおいて、エンジンの性能はターボコンプレッサーの
作動範囲に大きく依存している。ターボコンプレッサー
の排気ガスタービン及びそれに導く排気ガスダクトは通
常高回転及び高エンジン負荷で発生される高排気ガス流
のための寸法に合わせて作られている。しかし、これは
低回転及び少ない排気ガス流では排気ガスエネルギーが
排気ガスタービンへの道中で失われることを意味し、そ
れによりターボコンプレッサーの効率を損なう。
【０００３】低回転でのターボコンプレッサーの良好な
性能を達成可能とするために、エネルギーロスを減らす
観点で小さなタービン及びそれへのパイプの小さな寸法
を用いることが望ましい。しかし、これは高排気ガス流
に関して不利を引き起こす。なぜなら小さな寸法は空気
供給問題を伴って、排気ガス流の絞り及び排気ガスパイ
プ内の高逆圧をもたらすからである。
【０００４】特に四気筒ターボエンジンにおいて、二つ
の同じ寸法の入口を持つ排気ガスタービンを用いること
及び二つのシリンダーを各入口に連結することが知られ
ており、これらのシリンダーは吸気シリンダーが常に排
気ガス送出シリンダーから分離されるような方法で連結
されている。四気筒直列エンジンの場合において、二つ
の外側シリンダーは従って通常同じタービン入口に連結
されており、一方二つの中央寄りシリンダーは別のター
ビン入口に連結されている。必要な調整可能性を得るた
めに、各入口に配置された逃しゲート弁があり、これが
タービンの複雑性を増す。排気ガスタービンへの二つの
入口ダクトはここでは低回転及び少排気ガス流での効率
の損失を伴いながら、大きな排気ガス流のために設計さ
れた同じ寸法を持つ。
【０００５】これを考慮すれば、改善された解決策は排
気ガスタービンへの排気ガス送出に関して必要である。
【０００６】発明の目的 この発明の目的は排気ガスタービンへの改善された排気
ガス送出を完成することである。別の目的は簡単な解決
策を完成することである。
【０００７】発明の概要 この発明の目的は第一に特許請求項１に記載の特別な機
能を持つ内燃機関を駆動するための方法の使用により達
成され、第二に特許請求項５に記載の特別な機能を持つ
内燃機関の使用により達成される。
【０００８】各シリンダーにおいて、別々に賦活される
ことのできる弁の間で排気ガス送出を分けることによ
り、低回転でも同時に制限された寸法の排気ガスタービ
ンを用いながら、排気ガスタービンへの全送出をそれら
のシリンダー内の唯一の弁を介してかつ高回転の場合よ
り狭いパイプを介して行わせることが可能となる。他方
で高回転及び大排気ガス流では、全排気ガス弁及び大き
なダクトが十分に大きな排気ガスタービンを駆動するの
に使用される。
【０００９】排気ガスタービンはこの場合二つの入口
（ｉｎｌｅｔｓ）、すなわち全回転で使用される入口と
高回転で補助として使用される別の入口、を便宜上持つ
ことができる。別の可能性は二つの別個の排気ガスター
ビン、すなわち常に連結されている小さなものと高回転
及び大排気ガス流でのみ連結される大きなもの、を用い
ることである。
【００１０】このようにして排気ガス送出を回転数及び
排気ガス流の大きさの関数として制御することにより、
特定の運転状況により適した排気ガスタービンの寸法と
その入口ダクトを用いることが可能となる。
【００１１】この発明による解決策に関して更なる特別
の機能及び利点を説明及び他の特許請求項から知ること
ができる。
【００１２】この発明が以下に添付図面に示された例示
的実施例に関してより詳細に説明される。
【００１３】図面の説明 図面において：図１は排気ガス駆動スーパーチャージャ
ーを備えた、この発明による内燃機関を示し、図２−３
は種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通し
た断面を示し、図４は排気ガスタービンの別の実施例を
通した断面を示し、そして図５は図１に示したスーパー
チャージャーの変更例を示す。
【００１４】例示的実施例の説明 図１はこの発明により実現されたオットー形式の多気筒
内燃機関１を図式表現で示す。エンジンシリンダーはそ
れぞれ少なくとも二つの排気ガス弁２，３を持ち、そこ
では各シリンダーの第一排気ガス弁２は第一排気マニホ
ールド４に連結され、各シリンダーの第二排気ガス弁３
は第二排気マニホールド５に連結されている。二つの排
気マニホールド４，５はそれぞれ第一排気ガスパイプ６
と第二排気ガスパイプ７を介してスーパーチャージャー
８中に合体し、それによりチャージ空気は既知態様で空
気パイプ９を介してエンジン１に供給される（ここには
詳細には示されていない）。エンジンからの排気ガスに
より駆動されたスーパーチャージャー８は入口１０を介
して空気を供給され、排気ガスのためを意図した排気ガ
ス出口１１を持ち、排気ガスは触媒１２及びエンジンの
排気システム内の他の通常の要素（ここでは詳細に示さ
れていない）を介して通常の態様でエンジンから導き出
される。
【００１５】スーパーチャージャー８は多数の異なる方
法で実現されることができ、その幾つかは以下に説明さ
れる。図１に示された実現化の場合、スーパーチャージ
ャー８は排気ガスタービン１３とそれにより駆動される
コンプレッサー１４を持つシングルターボコンプレッサ
ーにより構成される。二つの排気ガスパイプ６と７はこ
こでは一つのかつ同じ排気ガスタービン１３中に合体す
る。
【００１６】かかる排気ガスタービン１３のより詳細な
実現化は図２−３から見ることができる。第一排気ガス
パイプ６が合体する第一入口１５は第一ダクト１６に導
かれ、そこから排気ガスは排気ガスタービンのタービン
ホイール１７に達することができそれを駆動する。対応
して、第二排気ガスパイプ７が合体する第二入口１８は
第二ダクト１９に導かれ、そこから排気ガスはタービン
ホイール１７に達することができる。第二ダクト１９か
らタービンホイール１７への排気ガス流の調節のため
に、弁２０があり、そこでは管状弁体２１が軸方向に変
位可能でありそれにより図２に示された閉鎖位置から図
３に示された完全開位置まで弁の開口度を変えることが
できる。弁２０内の半径方向に逃しゲート弁２２があ
り、そこでは管状弁体２３が連続線により示された閉鎖
位置から破線により図３に示された開位置まで軸方向に
変位可能であり、排気ガスの希望の割合がタービンホイ
ール１７を駆動することなくそれを素通りすることがで
き、それによりコンプレッサー１４を調節する役目をす
る。
【００１７】図４に排気ガスタービン１３が図２−３よ
り幾らか異なる実現化で示されている。前記の如く、第
一排気ガスパイプ６に連結された第一入口１５と、第二
排気ガスパイプ７に連結された第二入口１８がある。通
常の形式の逃しゲート弁２２がここでは第二の大きな入
口１８内に置かれ、タービンホイール１７への排気ガス
流を減らすために開かれることができる。この逃しゲー
ト弁２２はそれに代えて第一の小さな入口１５内に置か
れてもよく、またはかかる逃しゲート弁はまた二つの入
口１５，１８のそれぞれに存在させることもできる。
【００１８】図１−４に記載されたエンジン１は次の如
く機能する。第一排気ガス弁２は定常的に作動するよう
に配置され、一方第二排気ガス弁３は高回転及び大きな
排気ガス流でのみ作動するように配置される。これは第
二排気ガス弁３が弁が賦活され希望により奪活されるこ
とができる機構により駆動されることにより達成され
る。多数のかかる機構が今や当業者にとって商業的に入
手可能であり、従ってこれに関して実現化のより詳細な
説明は提供されない。低回転及び少排気ガス流では、第
一排気ガス弁２のみが従って作動される。第一排気ガス
弁２を介して放出された排気ガスのエネルギーロスを制
限するために、これらの弁から第一入口１５を介して排
気ガスタービン１３まで及びその中へのパイプ寸法は比
較的小さい。一旦回転数及び負荷が予め規定されたレベ
ルに上ったら、第二排気ガス弁３及び弁２０がまた排気
ガスタービン１３により多くの排気ガスを供給するため
に賦活される。この増加した排気ガス流を取扱うため
に、第二排気ガス弁３から第二入口１８を介して排気ガ
スタービン１３まで及びその中へのパイプ寸法は第一排
気ガス弁２からより大きくすることができる。必要なと
きは、コンプレッサー１４のチャージ圧力は逃しゲート
弁２２を操作して調整されることができ、それにより排
気ガスの希望の量をガスタービンを駆動することなくそ
れを通過させて導かせることができる。
【００１９】第二排気ガス弁３の調整可能性はまたこれ
らの弁に対し第一排気ガス弁２のそれより異なる開放の
長さを持たせることを可能とする。第二排気ガス弁３に
第一排気ガス弁２より長くて、できるだけ大きな保持さ
れた開口を持たせることにより、高負荷及び高回転での
非常に効果的な排気ガス送出が可能となる。
【００２０】スーパーチャージャー８の変更例が図５に
示されている。第一排気ガスパイプ６はここでは専用の
ターボコンプレッサー２５に連結され、また第二排気ガ
スパイプ７は大きな排気ガス流を取扱うことができるよ
うにターボコンプレッサー２５より大きいものであるこ
とができる専用のターボコンプレッサー２６に連結され
ている。第一ターボコンプレッサー２５の排気ガスター
ビン２７及び第二ターボコンプレッサー２６の排気ガス
タービン２８から、排気ガスは排気ガス出口１１に放出
される。同様に、空気はコンプレッサー２９と３０から
（そこでは後者は前者より大きいものであることができ
る）空気パイプ９に、そしてそこからエンジンに供給さ
れる。二つのターボコンプレッサー２５と２６はここで
は便宜的に標準的に実現化されているが、明らかにされ
た如く、恐らく異なる寸法のものである。一方または両
者が通常の態様でチャージ圧力を調節するための逃しゲ
ート弁を持つことができる。
【００２１】図１−４に示された形式のスーパーチャー
ジャー８であって排気ガスタービン１３が二つの入口を
持つものが四気筒エンジンと組み合わされるとき、低回
転及び高負荷でシリンダーの有利なブロークリーニング
を得るためにかかるエンジンの特別の特性を利用するこ
とが可能となる。これは第一排気ガス弁２を賦活及び奪
活することができるようにすることにより、そして低回
転では、二つの外側シリンダーをそれらのそれぞれの第
一排気ガス弁２を介して第一入口１５に連結させ、一方
二つの中間シリンダーはその代わりにこれらのシリンダ
ーの第一排気ガス弁２の閉鎖及び第二排気ガス弁３の開
放を通して第二入口１８に連結されることにより達成さ
れる。他の運転状態への変更の場合に、二つの中間シリ
ンダーの排気ガス弁２と３の保持された開放が二つの外
側シリンダーに対するのと同じになるように続いて変え
られることができる。
【００２２】異なる方法で異なる排気ガス弁を賦活し奪
活する可能性の結果として、エンジンの運転状態は従っ
て要求と希望に応じて種々様々な方法で影響されること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス駆動スーパーチャージャーを備えた、
この発明による内燃機関を示す。
【図２】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例
を通した断面を示す。
【図３】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例
を通した断面を示す。
【図４】排気ガスタービンの別の実施例を通した断面を
示す。
【図５】図１に示したスーパーチャージャーの変更例を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｇ 23/00 Ｋ 23/00 Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｃ (72)発明者 ハンス・カールソン スウェーデン、エスイー−177 62 イェ ルフェッラ、ヴェッコヴェーゲン 32 (72)発明者 アンデルス・ラルセン スウェーデン、エスイー−155 30 ニク ヴァルン、オルスペルスヴェーゲン 17 (72)発明者 ヘンリック・ノルディン スウェーデン、エスイー−852 31 スン ダスヴァール、ツールガタン ４ Ｆターム(参考） 3G004 AA09 BA09 DA02 DA03 DA22 DA24 EA02 3G005 EA16 EA26 FA05 FA06 GB28 GD11 GD16 GE09 HA09 JA45 3G092 AA11 AA13 AA18 DA02 DA03 DA11 DB03 DF02 DF09 DG05 EA11 FA02 FA10 GA05 GA06 HE01Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気ガス駆動スーパーチャージャー
    （８）を持ちかつシリンダー当たり少なくとも二つの排
    気ガス弁（２，３）を持つ多気筒内燃機関を駆動する方
    法であって、排気ガスが一方では各シリンダーの第一排
    気ガス弁（２）を介して第一排気マニホールド（４）
    に、他方では各シリンダーの第二排気ガス弁（３）を介
    して第二排気マニホールド（５）に送出されるものにお
    いて、低回転でのみ第一排気ガス弁（２）が開かれ、一
    方高回転では第一排気ガス弁（２）と第二排気ガス弁
    （３）の両方が開かれること、及び排気ガスが少なくと
    も一つのターボコンプレッサーの少なくとも一つの排気
    ガスタービンに導かれることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 第一排気マニホールド（４）及び第二排
    気マニホールド（５）からの排気ガスが同じ排気ガスタ
    ービン（１３）の異なる入口（１５，１８）に導かれる
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 第一排気マニホールド（４）及び第二排
    気マニホールド（５）からの排気ガスが二つの異なるタ
    ーボコンプレッサー（２５，２６）の二つの異なる排気
    ガスタービン（２７，２８）に導かれることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 より大きな排気ガス流が第一排気マニホ
    ールド（４）を通してより第二排気マニホールド（５）
    を通して導かれることを特徴とする請求項１から３のい
    ずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 排気ガス駆動スーパーチャージャー
    （８）を持ちかつシリンダー当たり少なくとも二つの排
    気ガス弁（２，３）を持つ内燃機関であって、各シリン
    ダーの第一排気ガス弁（２）が第一排気マニホールド
    （４）に連結されておりかつ各シリンダーの第二排気ガ
    ス弁（３）が第二排気マニホールド（５）に連結されて
    いるものにおいて、排気マニホールド（４，５）が少な
    くとも一つのターボコンプレッサーの少なくとも一つの
    排気ガスタービンに連結されていること及び第一排気ガ
    ス弁（２）が全回転数で開かれるように配置され、一方
    第二排気ガス弁（３）がより高い回転数でのみ開かれる
    ように配置されていることを特徴とする内燃機関。
  6. 【請求項６】 第二排気マニホールド（５）が第一排気
    マニホールドより大きな排気ガス流のために第一排気マ
    ニホールド（４）より大きな断面積を持つことを特徴と
    する請求項５に記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 第一排気マニホールド（４）及び第二排
    気マニホールド（５）が二つの別個のターボコンプレッ
    サー（２５，２６）のそれらのそれぞれの排気ガスター
    ビン（２７，２８）に供給することを特徴とする請求項
    ５または６に記載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 第一排気マニホールド（４）及び第二排
    気マニホールド（５）が同じ排気ガスタービン（１３）
    にそれらのそれぞれの入口（１５，１８）を介して連結
    されていることを特徴とする請求項５または６に記載の
    内燃機関。
  9. 【請求項９】 少なくとも一つの入口（１５，１８）内
    にタービンホイール（１７）への排気ガス流を調整する
    ための逃がしゲート弁（２２）があることを特徴とする
    請求項８に記載の内燃機関。
  10. 【請求項１０】 タービンホイール（１７）に隣接して
    二つの入口（１５，１８）に連結された二つのダクト
    （１６，１９）に共通の逃がしゲート弁（２２）がある
    ことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
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